换热器特性与用途及优缺点评析 换热器 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 英语翻译：heat exchanger 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜压力容器冷凝器反应锅螺旋板式换热器波纹管换热器列管换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器换热机组石墨换热器空气换热器钛换热器换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。 换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1）合理地实现所规定的工艺条件； （2）结构安全可靠； （3）便于制造、安装、操作和维修； （4）经济上合理。 浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
具有对流换热条件的伸展体传热特性试验之实验报告 实验人：刘罗勤 学号：PB07013045 班级：0701301 一、实验题目：具有对流换热条件的伸展体传热特性试验 二、通过实验和对试验数据的分析，使我们更深入了解伸展体传热的特性并掌握求解具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 三、基本原理 略 四、实验要求 1． 解方程 22 2 0d m dx θθ-= （1） 棒沿X 方向的过余温度 f t t θ=-分布式： () x θθ=； 221122********* 210;,cosh()sinh()cosh() ,cosh()sinh(),sinh() cosh()sinh ()sinh() cosh()sinh()sinh()sinh() d m T T T T A mx B mx dx mL A A mL B mL A B mL mL m L x mx mx mx mL mL θ θθθθθθθθθθθθθθθ∞∞-==-=-?=+-==+?==--+∴=+= （2）分析沿X 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、 α、1W t 、2W t 、f t 对温度分布的影响（由第2题数据得出）。 60 708090100110120130 140150160170180190θ / o C X /mm 图1-1.不同的m值所对应的过余温度分布曲线 由图1-1可知，当其它参数保持不变，仅改变m 的值时，m 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度越小。又因为m 2=αU /λf ,所以α、U 越大，λ、f 越小，棒的对应点
（端点除图1-1.不同的m 值所对应的过余温度分布曲线外）的温度越小。 由图1-2知，当其它参数保持不变，仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的过余温度越小。而由图1-3知，当仅改变t f 的值时，t f 的值越大，棒的对应点（端点除外）的温度也越大。 由图1-4知，当仅改变t w 的值时，t w 的值越大，棒的对应点的温度也越大。由图1-5知， θ/ o C X /mm 图1-2.不同的tf值所对应的过余温度分布曲线 θ / o C X /mm 图1-4.不同的tw1值所对应的过余温度分布曲线 图 50 607080 90100 110120130 140 150160170180 190θ /o C X /mm 图1-5.不同的L值所对应的过余温度分布曲线 t / o C X/mm 图1-3.不同的tf值所对应的温度分布曲线
五．具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 一、实验目的 通过本实验和对实验数据的分析，加深对传热学教学内容的理解，掌握和了解伸展体传热的特性和求解具有对流换热条件的方法。 二、实验方法与设备 1. 设备的组装 将位于箱体风道中部的伸展体试验的封头取下，将图4所示的伸展体试件按铜管表面的刻线贴好热电偶（用单独的热电偶组）后插入风道，并使热电偶在背风处，如图16所示。将单独一组10对的热电偶接入热电偶组（一）接口，将伸展体试件的加热导线接入位于面板最右端的接线柱。 图16 伸展体试件安装于风道内 2. 实验原理 本实验所用试件为一圆紫铜管，其外径0d =19mm ，内径1d =17mm ，长度L=260mm ，具有对流换热的等截面伸展体(常物性)，如图17所示，取导热微分方程为： 图17 等截面伸展体对流换热示意图
0222=-θ?m dx d (1) 式中：m ——系数，c A hp m λ=， (m 1) θ——过余温度，f t t -=θ， (℃)； t ——伸展体温度， (℃)； f t ——伸展体周围介质温度， (℃)； h ——空气对壁面的表面传热系数，(c m W ο?2)； p ——横截面的周长，0d p π=，(m )； λ——空气的导热系数，（m.℃） c A ——伸展体横截面面积，4) (10d d A c -=π，(2 m )； 伸展体内的温度分布规律取决于边界条件和m 值得大小。本实验采用的试件两端为第一类边界条件，即： f w f w t t L x t t x -===-===2211,,0???? ； (2) 由此，试件内的温度分布规律为式(3)，伸展体在壁面1和壁面2的热流量分别用式(4)和式(5)计算。伸展体表面和流体之间的对流换热量用式(6)计算。 )()] ([)(12mL sh x L m sh mx sh -+=??? (3) ) (])([)(2101mL sh mL ch m A dx d A c x c θ?λθλφ-=== (4) ) ()]([)(212mL sh mL ch m A dx d A c L x c θ?λθλφ-=== (5) )(]1)()[(2121mL sh mL ch m A c --=-=θ?λφφφ (6) 根据0=dx d θ，可寻求过余温度最低值处的位置m in x })(/]/)([{12min m mL sh mL ch arcth x θθ-= (7) 3. 实验过程、数据的测量和整理
毛细蒸发弯月面在电场作用下的传热特性摘要：基于电场增强蒸发薄液膜的传热性能，本文将电场力对液膜的作用形式转化为气液界面间的压差，并据此针对正辛烷在施加电场的硅质管道中的流动特性和传热特性建立电场强化薄液膜区换热的数学模型。该模型结合薄液膜所受毛细力、范德华力以及电场力，运用数值计算分析方法得出电场强化薄液膜区域换热的结论。结果表明，电场能延长蒸发薄液膜区域，极大增强蒸发薄液膜的传热能力。 关键词：强化换热、电场、薄液膜、蒸发、弯月面 Heat transfer characteristics of the evaporating capillary meniscus under the electric field Abstract :Based on the electric field enhance the thin liquid film evaporation heat transfer performance.This paper forms the function of the electric field force of liquid membrane into a pressure differential between the gas-liquid interface.According to the flow characteristics and heat transfer characteristics of the octane in the siliceous pipe which applies an electric field,building a mathematical model of the heat transfer in the thin liquid film zone applying an electric field.This model combined with the thin liquid film by capillary forces, van der Waals forces and electric field https://www.doczj.com/doc/d84363990.html,ing numerical analysis method of the electric field to strengthen the conclusion of thin liquid film zone heat.The results show that the electric field can extend the thin liquid film evaporation area and greatly enhance the thin liquid film evaporation heat transfer ability. Key words: heat transfer enhancement, electric field, thin liquid film, evaporation, meniscus 毛细通道内蒸发弯月面上的蒸发传热过程是热管、微槽热管和回路热管等毛细驱动两相热传输装置的关键传热环节。有效地利用这一区域的相变传热，对提高此类装置的热传输性能有重要意义。近年来国内外实验和理论分析工作证实电场能够强化薄液膜区域换热。电场强化换热是指在换热表面的流体中施加电场，利用电场、流场和温度场之间的相互作用达到强化传热的效果[1]。实验结果
2018年第5期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.5 2018 总第634期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.364 收稿日期：2017-05-30；修回日期：2017-11-21；数字出版时间：2018-01-05；数字出版网址：https://www.doczj.com/doc/d84363990.html, 基金项目：国家自然科学基金（91441123） 作者简介：杨新垒（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向为组合发动机推进技术 文章编号：1004-7182(2018)05-0040-05 DOI ：10.7654/j.issn.1004-7182.20180509 紧凑型换热器换热特性研究 杨新垒，聂万胜，王 辉 （航天工程大学，北京，101416） 摘要：紧凑型预冷换热器是复合预冷发动机的关键部件，为研究紧凑型预冷换热器的换热特性，提出符合中国现有工业水平的紧凑型预冷换热器。采用数值仿真方法分析了冷流参数、换热管参数及管间距对预冷起换热效果的影响规律，分析了可提高换热效果的改进方向，在此基础上提出了一种新型紧凑型预冷换热器，并对换热效果进行了仿真分析。结果表明：新型预冷换热器单位体积换热面积为1309m 2，单位体积换热功率为355.5MW ，可将质量流量为120kg/s 的空气由1350K 降低至 486K 。 关键词：预冷换热器；换热效果；数值仿真；优化分析 中图分类号：TK124 文献标识码：A Study on Heat Transfer Characteristics of Compact Heat Exchanger Yang Xin-lei ，Nie Wan-sheng, Wang Hui (Space Engineering University ，Beijing, 101416) Abstract: The compact heat exchanger is the key component of the composite precooling engine, in order to study the heat transfer characteristics of compact heat exchangers and propose a compact precooling heat exchanger. Numerical simulation is used to study the influence of cold flow parameters, heat transfer tube parameters and tube spacing on heat transfer effect, the improvement direction of enhancing heat exchange effect is summarized, a new type of high efficiency and compact precooling heat exchanger is proposed. The results show that the new precooling heat exchanger has a unit volume heat transfer area of 1309m 2, and a unit volum heat transfer power of 355.5MW. The air with a mass flow rate of 120kg/s can be reduced from 1350K to about 486K. Key words: precooling exchanger; heat exchange effect; numerical simulation; optimization analysis 0 引 言 近年来，组合发动机的研制与应用越来越受到各国的重视。孙国庆等[1]对国外各种吸气/火箭组合发动机的研制情况及关键技术进行了综述，总结出对组合发动机发展途径的观点；彭小波等[2]通过对常见的 3种组合循环动力技术的特点和发展现状的分析，提出了发展建议；聂万胜等[3]对协同吸气式火箭发动机的发展现状进行了综述，认为其是各类组合发动机中具有较大发展潜力的一种组合发动机。协同吸气式火箭发动机是一种可对来流进行冷却的预冷吸气式发动机，通过对来流进行冷却，可获得理想的压气机进口温度，增大压气机增压比和空气密度，提高发动机推力，扩展飞行包线。高效紧凑预冷换热器是预冷吸气式发动机的关键部件[4]。 高效紧凑预冷换热器具有管径小、管壁薄、功率需求高的特点，因此提高换热效果对于减轻换热器结 构质量，提高发动机性能具有重要的意义。目前开展的研究主要集中在对换热机理的研究，如Xu 等[5]通过实验对微管道内的流动进行了研究；汪元等[6]对微小通道流体单相气态流动换热机理进行了总结。但对于宏观上如何增强微尺度换热器换热效果的研究开展较少。本文在保持热流条件不变的情况下，以换热器后空气平均温度为评价指标，研究了冷流参数、换热管参数及管间距对换热效果的影响规律，旨在寻求提高换热效果的改进方向。在此基础上优化了换热器参数，提出了一种新型布局的圆管换热器，建立了三维换热单元，对换热效果进行了仿真计算。
换热器主要参数及性能特 点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。
板式换热器的特点 1 传热效率高 板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道，使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流（湍流），扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。 一般地说，板式换热器的传热系数K值在3000～6000W/m2.oC范围内。这就表明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2～1/4 即可达到同样的换热效果。 2 使用安全可靠 在板片之间的密封装置上设计了2道密封，同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将其排出热换器外部，即防止了二种介质相混，又起到了安全报警的作用。 3 占地小，易维护 板式换热器的结构极为紧凑，在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/2～1/3。并且不象管壳式那样需要预留出很大得空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆，即可在原空间范围内100%地接触倒换热板的表面，且拆装很方便。 4 随机应变 由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目或者变更
流程就可以得到最合适的传热效果和容量。只要利用换热器中间架，换热板部件就可有多种独特的机能。这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。 5 有利于低温热源的利用 由于两种介质几乎是全逆流流动，以及高的传热效果，板式换热器两种介质的最小温差可达到1oC。用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。在相同传热系数的条件下，板式换热器通过合理的选择流速，阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3范围内。 6 阻力损失少 因结构紧凑和体积小，换热器的外表面积也很小，因而热损失也很小，通常设备不再需要保温。 7 冷却水量小 板式换热器由于其流道的几何形状所致，以及二种液体都又很高的热效率，故可使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道，阀门和泵的安装费用。 8 在投资效率低 相同传热量的前提下，板式换热器与管壳式换热器相比较，由于换热面积，占地面积，流体阻力，冷却水用量等项目数值的减少，使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低，特别是当需要采用昂贵的材料时，由于效率高和
微通道换热器流动和传热特性的研究 微通道换热器流动和传热特性的研究 杨海明朱魁章张继宇杨萍 (中国电子科技集团公司第十六研究所,合肥230043) 摘要：通过对微通道换热器流动和传热特性的研究,设计了实验方案并建立了相应的实验装置,结合流动、传热特性的相关准则,得出了雷诺数Re-摩擦系数f,雷诺数Re、普郎特数Pr-努谢尔特数Nu间关系的实验模型,并对该模型进行了分析。 关键词：微通道换热器;流动特性;传热特性;实验模型 1引言 通道式换热器是利用传热学原理将热量从热流体传给冷流体的,冷热流体分别在固体壁面的两侧流过,热流体的热量以对流和传导的方式传给冷流体。由于它结构紧凑、体积小、换热效果好,已广泛应用于红外探测、电子设备、生物医疗等工程领域的冷却中。然而随着现代科技水平的不断发展,被冷却的器件、设备其功能越来越强大,体积和重量越来越小,结构趋于复杂化,散热要求越来越苛刻,迫使采用通道式换热器的制冷器件向小型化、甚至微型化的方向发展,尤其是半导体激光器、T/R收发组件、微电子集成器件等电子仪器、设备对这方面的要求更高,于是微通道换热器(特别是微型节流制冷器MMR)的研制开发已迫切地提到了议事日程上来。 所谓微通道换热器即是采用拉丝或光刻等技术在金属、玻璃等基材上刻出几十至几百微米的细微槽道来构成换热器的壁面,再采用焊接或胶粘等方式形成封闭腔体来进行冷热流体的热交换,达到制冷的目的。国外对微通道换热特性的研究较多,但主要是进行直线微通道换热器特性的研究,早期关于其流动问题的研究是在微型Joule-Thomson制冷技术中完成的,由美国斯坦福大学利特尔(W.A. Little)教授发明,采用现代半导体光刻加工技术, 在微晶玻璃薄片上刻出几微米到几十微米的细微直线槽道,并采用胶粘技术构成气流的微型换热器、节流元件和蒸发器,从而获得了一种结构新颖的微型平面节流制冷技术以及一定的成果和专利。目前已经开发成微型制冷器,用于低温电子器件的冷却,产品照片如图3所示。 2流动、传热特性的相关准则
苏尚美,张亚男,成方园(山东大学能源与动力工程学院,山东250002) 摘要:本文分析了微通道内流体的流动及换热特性,通过换热器火用效率的分析,发现微通道具有高传热系数,高表面积—体积比,低传热温差,低流动阻力等特点.微通道换热器火用效率高,性能优于常规换热器.本文还讨论了工质的选择,微通道结构的优化及加工方法,分析了微通道换热器的应用前景. 关键词:微通道;流动及换热;火用效率;结构 引言2O 世纪5O 年代末,著名的物理学家Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术的发展方向.换热器作为化工过程机械的典型产品,是工艺过程中必不可少的单元设备,广泛地应用于石油,化工,动力, 核能,冶金,船舶,交通,制冷,食品及制药等工业部门及国防工程中.其材料及动力消耗占整个工艺设备的30%左右,在化工机械生产中占有重要的地位.如何提高换热器的紧凑度,以达到在单位体积上传递更多的热量,一直是换热器研究和发展应用的目标.器件装置微型化(Miniaturization)的强大发展趋势推动了微电子技术的迅猛发展和MEMS(micro—electro—mechanical system)技术的不断进步,也推动了更加高效,更加小型化的微通道换热器(micro-channel heat exchanger)的诞生. 1 微通道发展简史 所谓微通道换热器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行热传递的三维结构单元.当前关于微通道换热器的确切定义,比较通行,直观的分类是由Mehendale.s.s 提出的按其水力当量直径的尺寸来划分.通常含有将水力当量直径小于1mm 换热器称为微通道换热器. 早在二十世纪八十年代, 美国学者Tuckerman 和Pease 报道了一种如图 1 所示的微通道(Micro-channel) 换热结构.该结构有高导热系数的材料(如硅)构成,其换热过程为在底面加上的热量经过通道壁传至通道内,其换热性能得到超过传统换热手段所能达到的水平,成功地解决了集成电路大规模和超大规模化所带来的"热障"问题. .随后Wu 和Little,Pfahler 等,Choi 等都对通道中的单相流进行了分析和研究.用于两种流体热交换的微通道换热器于1985 年由Swift 研制出来,研究表明,其微通道换热器的单位体积换热量可高达几十. 美国太平洋西北国家研究所(Pacific North—west National Lab)于9O 年代后期研制成功燃烧/气化一体化的微型装置以及微型热泵等.卡尔斯鲁研究中心( Forschungszentrum Karlsruhe GrabH) 也在利用经过成型工具超精细车削加工的器件,将其彼此连接形成错流和逆流的微换热器. 图一微通道的基本结构 2 微通道中流体的流动特性 由于微通道换热器特征尺度在微米到亚毫米尺度范围内,使它不仅涉及空间尺度的微小化,还涉及更为复杂的尺度效应. 2.1 微尺度效应 对于气体单相流动,当通道直径当小于200 时,即努森数≥0.001 时(其中为分子的平均自由程, 为水力当量直径) ,流动和传热将受到气体的稀薄效应的影响. 对于液体单相流动,当微通道直径为381 时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及努塞尔数已经不能按传统宏观理论公式来计算.以矩形截面通道为例,微通道换热器的最高达到了9.20,而传统宏观矩形通道的努塞尔数最高为8.23, 说明微通道换热已具有微尺度效应(表面效应) . 对于两相流,微尺度通道内界面现象表面张力的影响显著,导致流型分布及转换准则发生变化.由于表面张力的影响,流动中不存在非球形泡沫.表面张力对微流动的影响一般表现在两相微流动的初始阶段,随着混合程度的增加以及同壁面的接触角的增加,其影响程度在逐步减
3、四种换热器的结构特点及优缺点。 （1）固定管板式换热器 组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。 结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接。两端管板均固定，可以是单管程或多管箱，管束不可拆，管板可延长兼作法兰。 优点：结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方便。 缺点：壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。 （2）浮头式换热器 组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等。结构特点：一端管板与壳体固定，另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束，可在壳体内自由浮动。只能为多管程，布管区域小于固定管板式换热器，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。 优点：不会产生温差应力，浮头可拆分，管束易于抽出或插入，便于检修和清洗。缺点：结构较复杂，操作时浮头盖的密封情况检查困难。 （3）U形管式换热器 组成：管箱、管板、U形换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等。 结构特点：只有一个管板和一个管箱，壳体与换热管之间不相连，管束能从壳体中抽出或插入。只能为多管程，管板不能兼作法兰，一般有管束滑道。总重轻于固定管板式换热器。优点：结构简单，造价较低，不会产生温差应力，外层管清洗方便。 缺点：管内清洗因管子成U形而较困难，管束内围换热管的更换较困难，管束的固有频率较低易激起振动。 （4）填料函式换热器 组成：管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等。 结构特点：一侧管箱可以滑动，壳体与滑动管箱之间采用填料密封。管束可抽出，管板不兼作法兰。优点：填料函结构较浮头简单，检修清洗方便；无温差应力，（具备浮头式换热器的优点，消除了固定管板式换热器的缺点）。 缺点：密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质。
换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚 /Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。 （3）板式换热器还具有组装灵活，拆卸清洗方便的特点，可以用增减板片数量
外掠管束的流动和换热特性的数值模拟 列管式换热器是一种比较传统且在工业化生产过程中应用十分普及的换热器,其流动本质为热流体外掠圆管进行流动、换热。本文对流体在换热管束中的流动和传热过程进行数值计算,考察不同管束排布方式、管束结构参数、操作条件等对其流动及传热特性的影响,并定量分析了管排的强化传热机理,在此基础上进一步对管束进行流固耦合分析。通过研究可以发现,管排中圆管的平均努赛尔数Nu与单圆管相比提高了 37%,传热强化较为明显。 通过改变管束结构参数,计算了不同纵向节径比(SL/D)和横向节径比(ST/D)对顺排管排传递特征的影响,并综合评价了其传热强化效果。结果显示,增大纵向节径比和横向节径比均能提高Nu数,但同时阻力系数也随之增大。综合传热能力对横向节径比更为敏感,当ST/D=2.5,SL/D=2.7时综合传热能力最优。 此外,考察了雷诺数对顺排管束涡脱落的影响,并通过线性拟合得到了管排斯特劳哈尔数St与雷诺数Re的关系,结果表明管排结构可以对涡脱落起一定的抑制作用,减小涡脱落频率。在相同工况下,对流体在叉排管束中的流动及传热过程进行数值模拟。对比叉排管束和顺排管束的流场分布和Nu数分布,可以发现叉排管束的换热强化能力优于顺排管束。 运用场协同理论分析管束结构对传热强化的机理,发现叉排管束中速度矢量与温度梯度的协同程度较好,强化传热能力更强。对换热管束进行单向流固耦合研究,分析了雷诺数、纵向节径比和不同管排结构下换热管束的应力应变分布规律。结果表明,雷诺数对顺排管束应力分布影响不大,但其应力强度对其排布方式较为敏感。 增大SL/D,顺排管束应力最大值先增大后减小。与顺排管束相比,叉排管束
传热实验指导书 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 上海交通大学 机械与动力工程学院 教学实验中心 二OO四年五月
具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 1 具有对流换热条件的伸展体传热特性实验 工程中有许多热量沿着细长突出物传递的问题。它的基本特征是：某种细长形状的物体，从某温度的基面伸向与其温度不同的流动介质中，热量从基面沿着突出方向传递的同时，还通过表面与流体进行对流换热。因而沿突出物的伸展方向温度也相应地变化。 本实验是测量一等截面的伸展体，在与流体间进行对流换热的条件下，沿伸展体的温度变化。 一、实验目的及要求 通过实验和对实验数据的分析，深入了解伸展体传热的特性，并掌握求介质具有对流换热条件的伸展体传热特性的方法。 二、基本原理 具有对流换热的等截面伸展体，当长度与截面之比很大时(常物性)其微分方程式为： 222d 0d m x θθ?= (1.1) 式中：m ——系数，f u m λα=； θ ——过余温度，θ = t – t f ，℃； t ——伸展体温度，℃；t f ——伸展体周围介质的温度，℃； α——空气对壁面的换热系数，W/(m 2·℃)； u ——伸展体周长。本实验中u =πd 0，m ； f ——伸展体横截面积，本试件为)(42120d d f ?=π m 2 伸展体内的温度分布规律，由边界条件和m 值定。 三、实验装置及测量系统 本实验装置由风道、风机、实验元件、主付加热器、测温热电偶等组成。详见装置系统图1-1。
上海交通大学机械与动力工程学院教学实验中心 2 试件是一紫铜管，放置在一风道中，由风机和风道造成空气均匀地横向流过管子表面的对流换热条件。管子表面各处的换热系数基本上是相同的。管子两端装有加热器，以维持两端处于所要求的温度状况。这样就构成了一个两端处于某温度的、中间具有对流换热条件的等截面伸展体。 管子两端的加热器，通过调压变压器来控制其功率，以达到控制两端温度的目的。 为了改变空气对管壁的换热系数，风机的工作电压亦相应地可作调整，以改变空气流过管子表面时的速度。 为了测量铜管沿管长的温度分布，在管内安装有可移动的热电偶测温头，其冷端就放置在空气流中，采用的是铜-康铜热电偶。这样通过UJ ?36电位差计测出的热电势，就反映了管子各截面的过余温度。其相应的位置由带动热电偶测温头的滑动块在标尺上读出。 试件的基本参数： 管子外径d 0= 管子内径d 1= 管子长度L = 管子导热系数λ= 四、完成本实验的具体做法 1. 解方程0d d 222=?θθm x 截面积为f ，周长为U 的等截面体，其导热系数为λ，W/(m·℃)，两端分别与相距L 的两大平壁相连接，平壁保持定温t w1和t w2，园棒与空气接触，空气温度为t f （设t w1＞t f ＜t w2＝，棒与 空气的对流换热系数为α ，W/(m 2·℃)，见图1-2，求： (1) 棒沿x 方向的过余温度θ = t – t f 分布是：θ =θ (x )； (2) 分析沿x 方向，棒的温度分布曲线的可能形状。分析各参数：L 、U 、f 、λ、α、t w1、t w2、t f 对温度分布的影响； (3) 棒的最低温度截面的位置表达式(当0＜x ＜L 存在最低温度值时＝； (4) 棒两端由壁导入的热量Q 1及Q 2。 2. 练习 直径为25mm ，长为300mm 的钢棒[λ=50W/(m·℃)]，两端分别与大平壁相连接。平壁保持定温t w1=200℃，t w2=150℃，钢棒向四周空气散热，空气温度为t f =20℃，对流换热系数为1. 风机；2. 风道；3. 等截面伸展体；4. 主加热器；5. 测温热电偶；6.付加热器； 7. 热电偶拉杆及标尺； 8. 热电偶冷端；9. 电位差计； 10. 电压表；11. 风机变速开关；12. 调压变压器 图1-1 伸展体传热特性实验装置及测量系统图 图1-2
板式换热器构造一般包括有：1固定压紧板；2活动夹紧板；3换热板片；4密封胶垫；5上导杆；6下导杆；7悬挂梁；8支柱；9压紧螺栓。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞 德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式 换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特 /TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特 /API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD 艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式 换热器领域的系统解决方案。 板式换热器是液－液、液－汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用范围广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，板式换热器传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的1/3，热回收率高达90%以上。缺点是压力在2.5Mpa以下，温度不超过250℃，不能对有较大颗粒或含有纤维物质的介质换热，容易形成堵塞。板式换热器广泛应用于冶金、石油、化工、食品（牛奶高温杀菌）、制药、船舶、纺织、造纸等行业，是加热。冷却、热回收、快速灭菌的优良设备。
实验一 换热器换热性能实验 一、实验目的 1．测试换热器的换热能力； 2．了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。 二、实验装置 过程设备与控制多功能实验台 三、基本原理 换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。当若换热器没有保温，存在热损失，则热流体放出的热量大于冷流体获得的热量。 热流体放出的热量为： )(21T T c m Q pt t t -= （3-1） 式中 ： t Q ——单位时间内热流体放出的热量， kW ； t m ——热流体的质量流率，kg/s ； pt c ——热流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1T 、2T ——热流体的进出口温度，K 或o C 。 冷流体获得的热量为： )(12t t c m Q ps s s -= （3-2） 式中 ：s Q ——单位时间内冷流体获得的热量，kJ/s=kW ； s m ——冷流体的质量流率，kg/s ； ps c ——冷流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数； 1t 、2t ——冷流体的进出口温度，K 或o C 。 损失的热量为： s t Q Q Q -=? (3-3)
冷热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均温差为 ) /l n (2121t t t t t m ???-?= ? （3-4） 式中： 211t T t -=?、122t T t -=?。 本实验着重考察传热速率Q 和传热驱动力m t ?之间的关系。 四、实验步骤 实验前，首先设定初始炉温，待炉温达到设定值后，开始以下步骤。 1．打开热流体管程入口阀1、热流体管程出口阀2，出口流量调节阀6、冷流体壳程入口阀7、冷流体壳程出口阀8，其他阀门关闭，使热流体走管程、冷流体走壳程； 2．打开灌泵，保证离心泵中充满水，开排气阀放净空气； 3．关自来水阀门，启动泵。调节压力调节旋钮（11-7），调整转速使压力保持在0.4Mpa 。 4．调节热流体管程进口阀1，同时观察实验画面，使热流体流量保持0.3L/s 不变； 5．调节出口流量调节阀6，使冷流体流量保持1.0L/s 不变； 6．清空数据库； 7．关闭热水泵，开循环泵，待炉内水温均匀后，关循环泵开热水泵。 8. 待冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T 稳定后记录数据。 9. 改变炉内的设定温度，重复步骤7。 五、数据记录和整理 保持热流体流量t V 及冷流体流量s V 不变，改变热流体的进口温度1T ，测量冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T ，根据公式（3-1）和（3-2）分别计算热流体放出的热量t Q 和冷流体获得的热量s Q ，并由式（3-3）计算损失的热量，根据公式（3-4）计算平均温差m t ?，将测量和计算出的结果填入数据表3-1中。
换热器综合实验 实验类型: 综合性实验 适用对象: 热动、集控、建环、制冷专业 一、实验目的 1、熟悉换热器性能的测试方法，了解影响换热器性能的因素。 2、掌握间壁式换热器传热系数的测定方法。 3、了解套管式换热器、板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。 4、加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识。 5、熟悉流体流速、流量、压力、温度等参数的测量技术。 二、实验要求 1、以传热系数为纵坐标，冷（热）水流量为横坐标绘制换热器传热性能曲线。 2、对三种不同型式的换热器传热性能进行比较。 3、分析影响换热器性能的因素。 4、根据实验结果，计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热热阻，管壁的导热热阻，比较在传热过程中各个热阻所占的比例。 三、实验原理 换热器为冷热流体进行热量交换的设备。本次实验所用到的均是间壁式换热器，热量通过固体壁面由热流体传递给冷流体。实验原理如图1所示。 图1 换热器综合实验台原理图 1.冷水泵 2.冷水箱 3.冷水浮子流量计 4.冷水顺逆流换向阀门组 5.列管式换热器 6.套 管式换热器7.电加热水箱8.热水浮子流量计9.回水箱10.热水泵11.板式换热器 通过测量冷热流体的流量，进出口温度，可以由式（1）~（3）计算换热器的换热量，由式（5）计算换热器的温差，因此可以计算出换热器的传热系数（6），换热器的传热系数综合反映了传热过程的难易程度，表示单位传热温差传热面积下传热过程所传递的热量。另外结合换热器的结构数据，由式（7）~（8）计算冷热流体与管壁的表面传热对流换热系数，进而比较三个环节的热阻相对大小。
热流体放热量 )(11111"-'=t t m c φ (1) 冷流体吸热量 )(22222'-"=t t m c φ (2) 平均换热量 2 2 1φφφ+= (3) 热平衡误差 %1002 1?-= ?φ φφ (4) 换热器温差 min max min max ln t t t t t m ???-?= ? (5) 传热系数 m t A k ?= φ (6) 内部流动对流换热 4.08.0Pr Re 023.0=Nu (7) 外部流动对流换热 m n C Nu Pr Re = (8) 其中C 、n 、m 值可以查课本。 四、实验所需仪器、设备、材料 本实验主要对应用较广的三种换热器进行实验：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器。实验装置如图2所示。 采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验。换热形式为热水—冷水换热式。实验中所需的仪器设备如下： 1、换热器几何尺寸 （1）套管式换热器 换热面积0.22 m 2 外管：外径25mm ，壁厚2mm 铜管, 中间管外径12mm ，壁厚1mm 铜管，长80㎝，8组并 列 （2）板式换热器 换热面积0.40 m 2 （3）列管式换热器 换热面积0.51 m 2 外壳外径110mm ，壁厚2mm 不锈钢，中间管子外径16mm ，壁厚1mm 不锈钢管, 长84㎝,2条(4根管两次折流，即3个管程) 2、电加热总功率 9.0 kW 3、冷、热水泵 允许工作温度：<80 ℃ 额定流量：3 m 3/h 扬程：12 m